DSP应用论文

Ti公司DSP技术发展历程和现状及其应用实例分析一、发展历程1930 年，德州仪器 (TI) 成立,现在它已经发展成一家全球性的半导体公司，也是世界一流的实时数字处理解决方案的设计商和提供商。

TI于1982年推出了TMS系列第一代DSP产品，可使调制解调器在一秒内处理5,000,000条指令，这标志着实时信号处理技术的重大突破。

从TMS系列的第一代产品TMS32010到今天的TMS320C2000/5000/6000产品系列，TI的DSP产品结构更加合理，速度更快，性能更优越，DSP系统的设计与开发环境也日趋完善：1988年TI推出了第一代应用于高性能3D绘图和视频会议系统的DSP产品；1991年，TI突破了$5的价格壁垒，使DSP系列开始广泛应用于汽车（发动机控制、方向控制、防滑）和其它消费类产品；1994年，TI的DSP技术又取得了一个重大突破，实现了每秒2亿次运算，即运算速度达到了原来DSP芯片的十倍；此后，他们一直致力于将闪存（FLASH MEMORY）和DSP集成在同一芯片上，这一举措使得芯片在其速度被提高的同时，其价格进一步下跌。

总之，随着技术的改进和产量的增大，DSP的成本与售价大幅下降，使其应用范围不断扩大，现已广泛使用于通用信号（数字滤波、FFT、生成波形等）和音频/视频信号处理、通信、控制、仪器、医学电子学、军事、计算机和消费类电子产品领域，蜂窝式电话是其中特别强大的一个市场。

二、发展现状目前，广泛使用的TI的DSP有三个系列:C2000，C5000和C6000，C3X也有使用。

需要提醒注意的是，同一系列中不同型号的DSP一般都具有相同的DSP 核，相同或兼容的汇编指令系统；而它们的差别仅在于片内存储器的大小，外设资源(如定时器、串口、并口等)的多少。

不同系列的DSP它们的汇编指令系统不兼容，但汇编语言的语法非常相似。

除了汇编语言外，TI还为每个系列都提供了优化c编译器，方便用户使用c(使用ANSI的标准c)语言进行开发，效率可以做到手工汇编的90％甚至更高。

下面简单介绍C5000系列：C5000系列是16位定点DSP系列，主要分为C54XX和C55XX两个系列。

两个系列在执行代码级是兼容的，但他们的汇编指令系统却不同。

C5000包含的主要外设有McBPS同步串口，HPI并行接口，定时器，DMA等。

其中C55XX提供EMIF 外部存储器扩展接口，允许用户直接使用SDRAM、SBSRAM、SRAM、EPROM等各种存储器。

而C54XX没有提供EMIF，所以只能直接使用静态存储器SRAM和EPROM。

另外，C5000系列一般都使用双电源供电，其I/0电压和核电压一般不同，而且不同型号也有差别。

不过，TI提供了全系列的DC—DC变换器可以解决DSP的电源问题。

C55XX具有12组独立的总线，而C54x则有8组。

它们都有一组程序总线和相应的程序地址总线。

C54XX的总线宽度是16位，而C55XX总线的宽度是32位。

C55XX有3组数据读总线和两组数据写总线，而C54XX有两组数据读总线和一组数据写总线。

每组数据总线都有其相应的地址总线。

C55XX的数据地址总线的宽度为24位，而C54XX的数据地址总线的宽度是16位。

C54XX使用两个辅助寄存器算术单元，在每个周期内产生一个或两个数据存储器地址。

这4组内部总线和两个地址发生器使其可以进行多操作数运算。

C55XX的地址—数据流单元（ADFU)包含了专门的硬件来管理5组数据总线。

该ADFU也可以作为通用的16位ALU，用于简单的算术运算。

该ALU从指令缓冲单元（IU)接收立即数，并和存储器、ADFU寄存器、数据计算单元（DCU)寄存器、程序流单元（PFU)寄存器做双向通信。

无论是ALU，还是3个地址寄存器（ARAU）中的一个，都可以修改为间接寻址的9个地址寄存器。

这3个ARAU为C55XX的3组数据读总线提供独立的地址。

这种并行性保证了在每个CPU周期内去读两个16位的操作数和一个16位的系数。

C55XX的DCU包含了两个MAC单元，在单周期内作两个17217b的MAC运算。

它还包含了一个40b的ALU和4个40b的累加器寄存器、一个桶形移位器以及专门的Viterbi算法硬件。

每个MAC单元包含一个乘法器和带32b或40b饱和逻辑的加法器。

3个数据读总线将两个数据流和一个公共流送给两个MAC单元。

用户可以用ALU做32b的运算，或分开做两个16b 的运算。

除了接受从DCU的40bACC寄存器来的输入外，ALU还从IU接收立即数，并和存储器、ADFU寄存器、PFU寄存器做双向通信。

C54XX支持单数据存储器操作数寻址和32b操作数寻址，还使用并行指令支持双数据存储器操作数寻址。

它也提供立即数寻址、存储器映射寻址、循环寻址和位倒序寻址。

在C54x的基础上，C55XX还支持绝对值寻址、寄存器间接寻址、直接寻址，即位移模式。

C55x的ADFU包括专门的寄存器，支持使用简介寻址指令的循环寻址，可以同时使用5个独立的循环缓冲器和3个独立的缓冲器长度，这些循环缓冲器没有地址排队的限制。

下面再介绍一下C6000系列:C6000系列是一个32位的高性能的DSP芯片。

其中，C62XX为定点系列，C67XX和C64XX为浮点系列。

同C55XX一样，C6000也提供EMIF扩展存储器接口，方便用户使用各种外部扩展存储器，如SBSRAM、SDRAM、SRAM、EPROM。

C6000提供的主要外设有McBPS同步串口，HPI并行接口，定时器，DMA等。

另外，在C6000的一些型号中还提供了PCI接口。

C6000几乎都只提供BGA球形封装，在PCB板制作时需要多层板，增加了开发和调试的难度。

另外，C6000系列的功耗较大，需要仔细考虑DSP与系统其他部分的电力分配，选择适当的DC—DC转换器。

基于TMS320C5416的GPS解调器硬件平台搭建1、系统分析设计该系统首先要考虑的就是选择什么样的DSP处理芯片芯片，再就是选择外围芯片，最基本的是存储器、电源、逻辑控制器件、通信、人机接口（键盘、显示器）、总线等基本外设。

(1) DSP芯片的选择首先要根据系统对运算量的需求来选择；其次要根据系统所应用领域来选择合适的DSP芯片；最后要根据DSP的片上资源、价格、外设配臵以及与其他元部件的配套性等因素来选择。

(2) 存储器的选择常用的存储器有SRAM、EPROM、E2PROM和FLASH等。

一般我们是利用DSP 的扩展接口进行数据存储器、程序存储器和I/O空间的配臵。

在设计时要考虑存储器映射地址、存储器容量和存储器速度等。

可以根据工作频率、存储容量、位长(8/16/32位)、接口方式(串行还是并行)、工作电压(5V/3V)等来选择。

(3) 逻辑控制器件的选择系统的逻辑控制通常是用可编程逻辑器件来实现。

首先确定是采用CPLD还是FPGA；其次根据自己的特长和公司芯片的特点选择哪家公司的哪个系列的产品；最后还要根据DSP的频率来选择所使用的逻辑控制器件。

(4) 通信器件的选择通常系统都要求有通信接口。

首先要根据系统对通信速率的要求来选择通信方式。

然后根据通信方式来选择通信器件。

一般串行口只能达到19kb/s，而并行口可达到1Mb/s以上，若要求过高可考虑通过总线进行通信；(5) 人机接口常用的人机接口主要有键盘和显示器。

通过与其他芯片通信与DSP芯片直接构成。

(6) 电源的选择主要考虑电压的高低和电流的大小。

既要满足电压的匹配，又要满足电流容量的要求。

2、软硬件系统设计(1) 系统结构设计：可分为单DSP结构和多DSP结构、并行结构和串行结构、独立的DSP结构还是DSP/MCU混合结构等，当然在本系统中，由于运算量不是很大，一个DSP（TMS320VC5416）芯片就足够了；(2) 存储器的设计：是利用DSP的扩展接口来进行数据存储器、程序存储器和I/O空间的配臵。

在设计时主要要考虑的是存储器映射地址、存储器容量和存储器速度等；(3) 通信接口的设计；(4) 电源和时钟电路的设计；在原理图设计阶段必须清楚地了解器件的特性、使用方法和系统的开发，必要时可对单元电路进行功能仿真，。

GPS解调器的设计，其数据流图如下图所示：解调GPS数据的数据流图基于上面介绍的数据流图，设计本系统的步骤如下：首先要确定的是DSP芯片的选型，选择的的16位的定点数字信号处理器TMS320VC5416。

其次是外围器件的选型。

首先是存储器的选择，由于VC5416的内部存储容量很小，所以需要外挂存储器扩展存储空间，这里选用的是可在线编程的FLASH 存储器。

再就是可编程逻辑器件的选择，由于DSP的I/O管脚很少，还有系统对外设的控制很简单，所以选用CPLD来扩展其I/O口，当然CPLD也还有其它的功能。

PC机和DSP进行通信时，要考虑电平转换和串并转换，所以需要MAX232和UART芯片各一块。

当然UART需要CPLD译码产生片选信号和读写信号。

系统中人机接口还应有有键盘和显示器。

最后要考虑的是电源芯片的选型和电路的设计根据上面的分析，可得实现GPS数据解调的硬件系统实现主框图如下图所示：系统硬件实现电路总框图从上图我们可以看出数据流通过串口进入数字处理芯片TMS320VC5416，根据软件编程实现GPS数据解调，之后从显示器输出解调后的定位信息。

3、设计总结在对DSP系统的硬件进行设计的过程中，在资源组织和设计思路上都和一般的CPU和MCU有所不同。

首先介绍硬件设计的基本流程。

之后根据GPS数据解调的数据流图实现的系统硬件平台搭建，并确定了实现这个系统的重要的几个外设模块。